JP2010024482A - 基板絶縁層の表面粗化装置 - Google Patents

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晃嗣 山田
Kenshiro Ikeda
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Abstract

【課題】ディップ式による絶縁層の表面粗化にて、基板の両面に形成された絶縁層を、同時に均一に低コストで粗化処理を行う、基板絶縁層の表面粗化装置を提供する。
【解決手段】処理槽2内の処理済みエッチング液1を電解再生槽6内に導いて再生し、再生後のエッチング液1を処理槽2内に戻し、エッチング液1を循環させながら粗化処理を行う表面粗化装置にて、処理槽2は複数の供給口41、42、及び1以上の排出口80を有し、エッチング液の循環経路を供給切替バルブ90で切り替えて基板3の絶縁層の表面を粗化する。
【選択図】図1

Description

本発明は、大サイズの半導体パッケージ用のビルドアップ基板の表面粗化に関するものであり、特に、絶縁層のエッチング量に偏りのない一様な粗化を行う場合に好適に利用できる、基板絶縁層の表面粗化装置に関する。
BGA基板を始めとする、高集積、高周波用途向け半導体パッケージ用基板には、一般に、コア材の表面に絶縁層となる樹脂を塗布し、これに直接メッキ形成しパターンエッチングすることによりプリント基板を形成するビルドアップ方式が採用されている。このビルドアップ方式では、絶縁層とメッキとの密着性を良好にするために、メッキ処理前に絶縁層の表面を荒らす粗化処理を施す必要がある。その方法としては、エッチング液を満たした処理槽内に基板を浸す、ディップ式エッチングによる粗化が主に採用されている。
ディップ式による方法では、エッチング液の反応効果を持続させるために、処理済みのエッチング液を電解再生槽で再生しながら循環させている。従って、基板は静止したエッチング液内ではなく、常に流動しているエッチング液内に浸される。この時、基板近傍のエッチング液の流れが一様であれば、均一なエッチング速度が得られる。しかしながら、従来のディップ式の処理槽では、処理槽内でエッチング液の滞留が生じ、エッチング液の疲労分布に差が生じる。そのため、エッチング速度にばらつきが生じるといった問題がある。
このエッチング速度のばらつきを低減するために様々な提案がなされている。例えば、特許文献1に示すように、基板(被処理物)を装着したフレームを処理槽内で振動させ、エッチング液を撹拌させることで、エッチング速度のばらつきを低減し、基板のエッチングを均一化する表面粗化装置が提案されている。また、特許文献2では、基板を装着したカセットを処理槽内で回転させ、エッチング液を撹拌させることで、エッチング速度のばらつきを低減し、基板のエッチングを均一化する表面粗化装置が提案されている。
以下に公知文献を記す。
特開平8−41659号公報 特開2006−32609号公報
しかしながら、大型基板においては、特許文献1の方法では基板端部に比較して基板中央部のエッチング液の攪拌が少ないため、相対的にエッチング速度が遅くなり、エッチングが十分に均一化されないといった問題がある。また、特許文献2の方法では、基板中央部のエッチング液の攪拌が十分でないことに加え、基板の回転に必要な処理槽の大きさを確保しなければならない。また、処理槽を大きくしたことに伴って循環させるエッチング液量も増やす必要があり、エッチング液を供給する供給ポンプの高性能化と、駆動のための消費エネルギーの増加によってコストアップにつながる。
ディップ式以外の方法としては、スプレーノズルでエッチング液を基板に吹き付けてエッチングするスプレー式がある。しかし、このスプレー式では、エッチング液を基板に均一に当てることが困難であるためにエッチング速度にばらつきが生じるといった問題や、スプレー圧力でエッチング部の底部が不均一な形状となるなどの問題がする。また、この他の方法としては、プラズマ方式によりエッチングを行う方法も知られているが、A3サイズ以上の面積の基板の両面を同時に均一にエッチングすることは困難である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ディップ式による絶縁層の表面粗化において、A3サイズ以上の大きな面積の基板の両面に形成された絶縁層を、同時に均一に低コストで粗化処理を行うことが可能な、基板絶縁層の表面粗化装置を提供することを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するために、処理槽内で基板の絶縁層の表面をエッチング液で粗化する表面粗化装置において、前記基板の表面を処理した処理済みエッチング液を、1以上の排出口から基幹排出管路を通して電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を前記電解再生槽の供給口から基幹供給管路を通し、前記基幹供給管路から複数の供給管路を分岐させて前記処理槽の複数の供給口へ接続し、前記基幹供給管路の分岐部分に、複数の前記供給管路を切り替える供給切替バルブを有し、前記供給切替バルブを切り替えて前記処理層内への前記エッチング液の供給口を切り替えることで、前記エッチング液の前記処理層内の流れの方向を切り替えてエッチング液を循環させながら前記基板の絶縁層の表面を粗化することを特徴とする基板絶縁層の表面粗化装置である。
また、本発明は、上記処理槽は、1)略直方体の形状であり、その底部の中央部に上記排出口を有し、2)a)処理槽内の上記基板の基板面を延長した面が交差する上記処理槽の片側面に第1供給口を有し、上記基板面を延長した面が交差する上記処理槽の他側面の、前記第1供給口と対向する位置に第2供給口を有し、b)上記基幹供給管路が上記供給切替バルブで前記第1供給口へ接続する第1供給管路と、前記第2供給口に接続する第2供給管路に分岐することを特徴とする上記の基板絶縁層の表面粗化装置である。
また、本発明は、上記処理槽は、1)略直方体の形状であり、2)a)処理槽内の上記基板の基板面を延長した面が交差する上記処理槽の片側面に第1供給口を有し、上記基板面を延長した面が交差する上記処理槽の他側面の、前記第1供給口と対向する位置に第2供給口を有し、b)上記基幹供給管路が上記供給切替バルブで、前記第1供給口へ接続する第1供給管路と、前記第2供給口に接続する第2供給管路に分岐し、3)a)前記片側面の前記第1供給口の上部あるいは下部に第2排出口を有し、前記他側面の前記第2供給口の上部あるいは下部の前記第2排出口と対向する位置に第1排出口を有し、b)第1排出管路と第2排出管路が上記基幹排出管路に合流する箇所に、エッチング液の排出管路を切り替える排出切替バルブを有することを特徴とする上記の基板絶縁層の表面粗化装置である。
また、本発明は、上記処理層は、上記片側面の上記第1供給口と上記第1排出口が上下方向に一定の間隔を有し、上記他側面の上記第2供給口と上記第2排出口が上下方向に一定の間隔を有し、上記処理槽の上記片側面の上記第1供給口及び第2排出口から一定の距離を取った所に第1の整流部材を有し、上記処理槽の上記他側面の上記第2供給口及び第1排出口から一定の距離を取った所に第2の整流部材を有し、上記片側面と上記第1の整流部材の間には、上記第1供給口と上記第2排出口を隔てる仕切り板を有し、上記他側面と上記第2の整流部材の間には、上記第2供給口と上記第1排出口を隔てる仕切り板を有することを特徴とする上記の基板絶縁層の表面粗化装置である。
また、本発明は、上記エッチング液の循環経路を切り替えるための切替バルブの切替時間の間隔は、粗化処理に要する時間の4分の1以下であることを特徴とする上記の基板絶縁層の表面粗化装置である。
また、本発明は、上記処理槽に供給されるエッチング液の液量は、粗化処理時間あたり
、処理槽容積の4倍以上であることを特徴とする上記の基板絶縁層の表面粗化装置である。
本発明は、エッチング液の循環経路を切り替えるための切替バルブの切り替えによって、処理槽内のエッチング液の流れに変化を与えることができるため、定常的な滞留を防ぎ、基板のエッチング速度のばらつきを減少させることができる。切替バルブの切り替えによって、処理槽の底部から供給されるエッチング液を、交互に相対する側面から排出させることができるため、定常的な滞留を防ぎ、基板のエッチング速度のばらつきを減少させることができる。また、処理槽の側面からエッチング液を供給し対面する側面から排出させることにより、一様な流れを生じさせやすく、基板のエッチング速度のばらつきを減少させる。更に、切替バルブの切り替えによって、処理槽内の流れを真逆にすることができるため、流れの上流と下流の位置の差によって生じるエッチング量のばらつきを減少させることができる。
以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明による基板絶縁層の表面粗化装置の第1の実施形態を断面で示す概略の構成図である。図1に示すように、表面粗化装置は、エッチング液1を満たす高さ(H)1m、幅30cm、長さ(L)1.6mの略直方体の処理槽2を有し、基板3は、基板支持フォルダ11に吊り下げ、処理槽2に漬ける。そして、処理槽2の第1の側面に、基板3の絶縁層表面を粗化した処理済みエッチング液1を排出する第1排出口81を設置し、第1の側面に対向する第2の側面に第2排出口82を設置する。その第1排出口81からの第1排出管路71、第2排出口82からの第2排出管路72、及び、それらの排出管路を合流させる排出切替バルブ92と基幹排出管路7を設置する。基幹排出管路7が接続する電解再生槽6、電解再生槽6が再生したエッチング液1を供給する基幹供給管路5と、それを分岐させる供給切替バルブ91と第1供給管路51と第2供給管路52を設ける。第1供給管路51が接続する第1供給口41を処理槽2の第2の側面に設け、第2供給管路52が接続する第2供給口42を、処理槽2の第1の側面に設ける。そして、エッチング液1を循環させる循環ポンプ10、パンチングメタルから成る整流部材12を有し、処理槽2の供給口と排出口の中間の側面の位置からパンチングメタルから成る整流部材12に至る仕切り板13で供給口と排出口を隔てる構造を有する。
基板3の基板面を延長した面が処理槽2の側面に交差する第2の側面の位置に、第1供給口41と第2排出口82を設け、基板3の基板面を延長した面が処理槽2と交差する第1の側面で、処理槽2の第2の側面に対向する第1の側面の位置に、第2供給口42と第1排出口8を設ける。第1排出管路71と第2排出管路72は、基幹排出管路7に合流させ、その合流する箇所に排出切替バルブ92を設ける。その排出切替バルブ92を定期的に切り替える自動切り替え手段により、第1排出管路71と第2排出管路72を切り替えて基幹排出管路7に接続する。
また、基幹供給管路5から第1供給管路51と第2供給管路52を分岐させ、この分岐する箇所に供給切替バルブ91を設ける。その供給切替バルブ91を定期的に切り替える自動切り替え手段により、基幹供給管路5に、第1供給管路51と第2供給管路52を切り替えて接続する。また、エッチング液1は、基幹供給管路5に設置した循環ポンプ10で送り、処理槽2と電解再生槽6の間を循環させる。また、処理槽2の側面の近くにパンチングメタルから成る整流部材12を設置する。パンチングメタルから成る整流部材12により、エッチング液1の供給、排出が一様に行われる効果がある。また、処理槽2の第1供給口41と第2排出口82の中間の側面の部分から第1の整流部材12に至る第1の
仕切り板13を設置して第1供給口41と第2排出口82を隔てる。また、第2供給口42と第1排出口81の中間の側面の部分から第2の整流部材12に至る第2の仕切り板13を設置して第2供給口42と第1排出口81を隔てる。この仕切り板13により、エッチング液1の供給、排出が一様に行われる効果がある。
以上のように構成された表面粗化装置を用いることで、基板3を粗化処理する方法について説明する。基板3は、縦(a)60cm、横(b)50cm、厚み(c)0.1cmのビルドアップ基板とし、エポキシ樹脂が塗布された状態の基板3を用いる。この表面粗化装置の処理槽2に、エッチング液1として過マンガン酸カリウム溶液を70℃一定で満たす。そして、この基板3を処理槽2に20分漬けて粗化処理を行う。
その際、この表面粗化装置は、エッチング液1を循環ポンプ10により毎分500リットルの供給量で供給し、5分毎に排出切替バルブ92と供給切替バルブ91を同時に切り替えて、エッチング液1を第1供給口41から処理槽2に供給し第1排出口81から排出する循環経路と、エッチング液1を第2供給口42から処理槽2に供給し第2排出口82から排出する循環経路を交互に切り替える。これによりエッチング液1を循環させる流れの方向を切り替える。その時の処理槽2内のエッチング液1の流れを模式的に図2と図3に示す。図2は、エッチング液1を第1供給口41から処理槽2に供給し第1排出口81から排出する場合の液の流れを示す。図3は、エッチング液1を第2供給口42から処理槽2に供給し第2排出口82から排出する場合の液の流れを示す。いずれの場合にもエッチング液1の滞留が生じたが、この2つの循環経路を交互に切り替えることで、エッチング液1の定常的な滞留は無くなった。また、図4は循環経路を第1供給口41と第1排出口81に切り替えた場合の定常状態の温度分布、図5は第2供給口42と第2排出口82に切り替えた場合の温度分布の模式図である。この2つの循環経路を交互に切り替えることで70℃のエッチング液1の場所による温度の低下を0.1℃以内にでき、温度のばらつきが0.1℃以下にできる顕著な効果があった。そのため、基板3の絶縁層の粗化(エッチング)の速度が一様になり、エッチングによる基板3の絶縁層を場所によらず一様に粗化した粗化面が得られる効果があった。
(第2の実施形態)
図6は、本発明による基板絶縁層の表面粗化装置の第2の実施形態を断面で示す概略の構成図である。図6に示すように、表面粗化装置は、エッチング液1を満たす高さ(H)1m、幅30cm、長さ(L)1.6mの略直方体の処理槽2を有し、基板3は、基板支持フォルダ11に吊り下げ、処理槽2に漬ける。そして、処理槽2の底部に基板3の絶縁層表面を粗化した処理済みエッチング液1を排出する排出口80を設け、排出口80に基幹排出管路7を接続し、基幹排出管路7を電解再生槽6に接続する。電解再生槽6が再生したエッチング液1を供給する基幹供給管路5と、それを分岐させる供給切替バルブ90と第1供給管路51と第2供給管路52を設ける。第1供給管路51が接続する第1供給口41を処理槽2の第1の側面に設け、第2供給管路52が接続する第2供給口42を、処理槽2の第2の側面に設ける。そして、エッチング液1を循環させる循環ポンプ10、パンチングメタルから成る整流部材12からなる。
基板3の基板面を延長した面が処理槽2の側面に交差する第1の側面の位置に、第1供給口41を設け、基板3の基板面を延長した面が処理槽2の側面に交差する第2の側面の位置に、第2供給口42を設ける。第1供給管路51と第2供給管路52が合流し基幹供給管路5に接続する箇所には、供給切替バルブ90を設け、供給切替バルブ90を定期的に切り替える自動切り替え手段により、第1供給管路51と第2供給管路52のどちらかを基幹供給管路5に接続するように切り替える。また、基幹供給管路5に循環ポンプ10を設置し、エッチング液1を循環ポンプ10で送って、処理槽2と電解再生槽6の間を循環させる。基板3は、基板支持フォルダ11によって吊り下げ、処理槽2に漬ける。また
、処理槽2の底面近く及び側面近くにパンチングメタルから成る整流部材12を設置する。パンチングメタルから成る整流部材12により、エッチング液1の供給、排出が一様に行われる効果がある。
以下では、以上のように構成した表面粗化装置を用いて基板3を粗化処理する方法について説明する。基板3は、縦(a)60cm、横(b)50cm、厚み(c)0.1cmのビルドアップ基板で、エポキシ樹脂が塗布された状態の基板3を用いる。この表面粗化装置の処理槽2に、エッチング液1として過マンガン酸カリウム溶液を70℃一定で満たす。そして、この基板3を処理槽2に20分漬けて粗化処理を行う。
その際、この表面粗化装置は、エッチング液1を循環ポンプ10により毎分500リットルの供給量で供給し、5分毎に供給切替バルブ90を切り替えて、エッチング液1を第1供給口41から処理槽2に供給し排出口80から排出する循環経路と、エッチング液1を第2供給口42から処理槽2に供給し排出口80から排出する循環経路を交互に切り替える。これによりエッチング液1を循環させる流れの方向を切り替える。その時の処理槽2内のエッチング液1の流れを模式的に図7と図8に示す。図7は、循環経路を第1供給口41に切り替えた場合の流れ、図8は第2供給口42に切り替えた場合の流れである。いずれも滞留が生じるが、第1供給口41と第2供給口42から交互にエッチング液1を供給することで、エッチング液1の定常的な滞留は起きなかった。また、図9は第1供給口41に切り替えた場合の定常状態の温度分布、図10は第2供給口42に切り替えた場合の温度分布の模式図である。エッチング液1の供給口を交互に切り替えることで、70℃のエッチング液1の温度低下部分の温度を69.8℃以上にでき、場所による温度のばらつきが0.2℃以内に抑えられ、エッチングの速度を基板3の位置によらず一様にすることができ、エッチングによる粗化面を一様に形成できる効果があった。
また、本発明においては、エッチング液1の循環経路を切り替えるための切替バルブの切替時間の間隔は、粗化処理に要する時間の4分の1以下であることが好ましい。これにより、処理槽2内のエッチング液1の定常的な滞留が生じ難く、基板3のエッチング速度のばらつきを良好に減少させることができる効果がある。また、処理槽2に供給されるエッチング液1の液量は、粗化処理時間あたり、処理槽2の容積の4倍以上であることが好ましい。これにより、処理槽2内のエッチング液1の循環量が多くなり、エッチング液1の定常的な滞留が生じ難く、基板3のエッチング速度のばらつきを良好に減少させる効果がある。
(比較例)
上記実施形態の比較例として、図11に示す一般的な基板絶縁層の表面粗化装置で、基板3の粗化処理を行なった。図11に示すように、表面粗化装置は、エッチング液1を満たす高さ(H)1m、幅30cm、長さ(L)1.6mの略直方体の処理槽2、基板3の絶縁層表面を粗化した処理済みエッチング液1を供給する第1排出口81、第2排出口82、それぞれからの第1排出管路51、第2排出管路52、再生後のエッチング液1を供給する基幹供給管路5、循環ポンプ10、電解再生槽6、基幹排出管路7、処理槽2の底部の供給口4からなる。エッチング液1は、基幹供給管路5に設置された循環ポンプ10で送られて、処理槽2と電解再生槽6の間を循環する。基板3は、基板支持フォルダ11によって吊り下げられ、処理槽2に漬けられる。
以上のように構成された表面粗化装置を用いた、基板3の粗化処理について説明する。基板3は、縦(a)60cm、横(b)50cm、厚み(c)0.1cmのビルドアップ基板とし、エポキシ樹脂が塗布された状態である。この基板3をエッチング液1として過マンガン酸カリウム溶液を70℃一定で満たした処理槽2に20分漬けて粗化処理を行った。
その際、エッチング液1の供給量は毎分500リットルとした。その時の処理槽2内のエッチング液1の流れを模式的に図12に示す。比較例ではエッチング液1の流れの方向を切り替えないが、常に処理槽2内で滞留する部分が発生する不具合があった。また、図13は処理槽2内の定常後の温度分布であるが、70℃のエッチング液1の滞留部の温度が69.5℃まで低下し温度の場所によるばらつきが0.5℃あり、滞留部での基板3の絶縁層のエッチング速度が落ち、絶縁層の粗化にばらつきが発生する問題があった。
本発明による表面粗化装置の第1の実施形態の構成の断面図である。 第1の実施形態の循環経路を第1供給口41と第1排出口81に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の流れを示す説明図である。 第1の実施形態の循環経路を第2供給口42と第2排出口82に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の流れを示す説明図である。 第1の実施形態の循環経路を第1供給口41と第1排出口81に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の温度分布を示す説明図である。 第1の実施形態の循環経路を第2供給口42と第2排出口82に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の温度分布を示す説明図である。 本発明による表面粗化装置の第2の実施形態の構成の断面図である。 第2の実施形態の循環経路を第1供給口に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の流れを示す説明図である。 第2の実施形態の循環経路を第2供給口に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の流れを示す説明図である。 第2の実施形態の循環経路を第1供給口に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の温度分布を示す説明図である。 第2の実施形態の循環経路を第2供給口に切り替えた場合の処理槽内でのエッチング液の温度分布を示す説明図である。 比較例として示した一般的な基板絶縁層の表面粗化装置の説明図である。 比較例の処理槽内でのエッチング液の流れを示す説明図である。 比較例の処理槽内でのエッチング液の温度分布を示す説明図である。
符号の説明
1・・・エッチング液
2・・・処理槽
3・・・基板
4・・・供給口
5・・・基幹供給管路
6・・・電解再生槽
7・・・基幹排出管路
10・・・循環ポンプ
11・・・基板支持フォルダ
12・・・整流部材
13・・・仕切り板
41・・・第1供給口
42・・・第2供給口
51・・・第1供給管路
52・・・第2供給管路
71・・・第1排出管路
72・・・第2排出管路
80・・・排出口
81・・・第1排出口
82・・・第2排出口
90、91・・・供給切替バルブ
92・・・排出切替バルブ

Claims (6)

  1. 処理槽内で基板の絶縁層の表面をエッチング液で粗化する表面粗化装置において、前記基板の表面を処理した処理済みエッチング液を、1以上の排出口から基幹排出管路を通して電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を前記電解再生槽の供給口から基幹供給管路を通し、前記基幹供給管路から複数の供給管路を分岐させて前記処理槽の複数の供給口へ接続し、前記基幹供給管路の分岐部分に、複数の前記供給管路を切り替える供給切替バルブを有し、前記供給切替バルブを切り替えて前記処理層内への前記エッチング液の供給口を切り替えることで、前記エッチング液の前記処理層内の流れの方向を切り替えてエッチング液を循環させながら前記基板の絶縁層の表面を粗化することを特徴とする基板絶縁層の表面粗化装置。
  2. 前記処理槽は、1)略直方体の形状であり、その底部の中央部に前記排出口を有し、2)a)処理槽内の前記基板の基板面を延長した面が交差する前記処理槽の片側面に第1供給口を有し、前記基板面を延長した面が交差する前記処理槽の他側面の、前記第1供給口と対向する位置に第2供給口を有し、b)前記基幹供給管路が前記供給切替バルブで前記第1供給口へ接続する第1供給管路と、前記第2供給口に接続する第2供給管路に分岐することを特徴とする請求項1記載の基板絶縁層の表面粗化装置。
  3. 前記処理槽は、1)略直方体の形状であり、2)a)処理槽内の前記基板の基板面を延長した面が交差する前記処理槽の片側面に第1供給口を有し、前記基板面を延長した面が交差する前記処理槽の他側面の、前記第1供給口と対向する位置に第2供給口を有し、b)前記基幹供給管路が前記供給切替バルブで、前記第1供給口へ接続する第1供給管路と、前記第2供給口に接続する第2供給管路に分岐し、3)a)前記片側面の前記第1供給口の上部あるいは下部に第2排出口を有し、前記他側面の前記第2供給口の上部あるいは下部の前記第2排出口と対向する位置に第1排出口を有し、b)第1排出管路と第2排出管路が前記基幹排出管路に合流する箇所に、エッチング液の排出管路を切り替える排出切替バルブを有することを特徴とする請求項1記載の基板絶縁層の表面粗化装置。
  4. 前記処理層は、前記片側面の前記第1供給口と前記第1排出口が上下方向に一定の間隔を有し、前記他側面の前記第2供給口と前記第2排出口が上下方向に一定の間隔を有し、前記処理槽の前記片側面の前記第1供給口及び第2排出口から一定の距離を取った所に第1の整流部材を有し、前記処理槽の前記他側面の前記第2供給口及び第1排出口から一定の距離を取った所に第2の整流部材を有し、前記片側面と前記第1の整流部材の間には、前記第1供給口と前記第2排出口を隔てる仕切り板を有し、前記他側面と前記第2の整流部材の間には、前記第2供給口と前記第1排出口を隔てる仕切り板を有することを特徴とする請求項3記載の基板絶縁層の表面粗化装置。
  5. 前記エッチング液の循環経路を切り替えるための切替バルブの切替時間の間隔は、粗化処理に要する時間の4分の1以下であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載の基板絶縁層の表面粗化装置。
  6. 前記処理槽に供給されるエッチング液の液量は、粗化処理時間あたり、処理槽容積の4倍以上であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項記載の基板絶縁層の表面粗化装置。
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